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Bright Red-Emitting Ca3LuAl3B4O15:Ce3+,Sm3+ Phosphors with High Thermal Stability for Elevating the Color Rendering of Near-Ultraviolet-Based White-Light-Emitting Diodes
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-09-08 , DOI: 10.1021/acsaelm.1c00663 Wasim Ullah Khan 1 , Waheed Ullah Khan 2 , Hao Lin 1 , Zhiyuan Cheng 1 , Muhammad Wajid Shah 3 , Yueli Zhang 1
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-09-08 , DOI: 10.1021/acsaelm.1c00663 Wasim Ullah Khan 1 , Waheed Ullah Khan 2 , Hao Lin 1 , Zhiyuan Cheng 1 , Muhammad Wajid Shah 3 , Yueli Zhang 1
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The important objectives that have been usually ignored regarding the development of white-light-emitting diodes (WLEDs) are the stability, red spectral region deficiency, high correlated color temperature (CCT), and low color-rending index (CRI) that restrict their effectiveness for practical implementation. Herein, we used systematic screening of multi-doped Ca3LuAl3B4O15 (CLAB) samples to evaluate singly and doubly doped down-converting phosphors that exhibit tuning emission and spectrally pure red emission with high color purity at the ultraviolet light excitation and enhanced thermal stability. A comprehensive kinetic model of the energy transfer (ET) mechanism was developed and validated with the extensive experimental data set. Applying this model, we elucidated the ET mechanisms producing a spectrally pure red emission via dipole–dipole interaction. Moreover, CL0.8AB:0.1Ce3+,0.1Sm3+ revealed excellent chemical stability under 80% relative humidity and 80 °C severe thermal conditions. Interestingly, when the temperature was increased from 300 to 425 K, the intensity of Ce3+ emission was reduced with the production of certain Sm3+ emissions via ET. The WLED containing CL0.8AB:0.1Ce3+,0.1Sm3+ and Sr2SiO4:Eu2+ demonstrated warm white light with a high CRI of 89.8–85.7 and a low CCT equal to 4393–4482 K. These parameters are comparable to that of the commercially available YAG:Ce3+ phosphor combined with a blue LED chip (CCT ≈ 7746 K and CRI ≈ 75).
中文翻译：
具有高热稳定性的明亮红色发光 Ca3LuAl3B4O15:Ce3+,Sm3+ 磷光体，用于提高近紫外基白光发光二极管的显色性
关于白光发光二极管 (WLED) 的发展，通常被忽视的重要目标是稳定性、红色光谱区不足、高相关色温 (CCT) 和低显色指数 (CRI)，这些都限制了它们的发展。实际执行的有效性。在这里，我们使用了多掺杂 Ca 3 LuAl 3 B 4 O 15 的系统筛选(CLAB) 样品用于评估单掺杂和双掺杂下转换磷光体，这些磷光体在紫外光激发下表现出调谐发射和光谱纯红色发射，具有高色纯度和增强的热稳定性。开发了能量转移 (ET) 机制的综合动力学模型，并使用广泛的实验数据集进行了验证。应用该模型，我们阐明了通过偶极-偶极相互作用产生光谱纯红色发射的 ET 机制。此外，CL 0.8 AB:0.1Ce 3+ ,0.1Sm 3+在80% 的相对湿度和80°C 的严酷热条件下表现出优异的化学稳定性。有趣的是，当温度从 300 K 增加到 425 K 时，Ce 3+通过 ET产生某些 Sm 3+排放，从而减少了排放。包含 CL 0.8 AB:0.1Ce 3+ ,0.1Sm 3+和 Sr 2 SiO 4 :Eu 2+的 WLED表现出暖白光，具有 89.8–85.7 的高显色指数和等于 4393–4482 K 的低 CCT。这些参数与市售的 YAG:Ce 3+荧光粉与蓝色 LED 芯片相结合（CCT ≈ 7746 K 和 CRI ≈ 75）。
更新日期：2021-09-28
中文翻译：
具有高热稳定性的明亮红色发光 Ca3LuAl3B4O15:Ce3+,Sm3+ 磷光体，用于提高近紫外基白光发光二极管的显色性
关于白光发光二极管 (WLED) 的发展，通常被忽视的重要目标是稳定性、红色光谱区不足、高相关色温 (CCT) 和低显色指数 (CRI)，这些都限制了它们的发展。实际执行的有效性。在这里，我们使用了多掺杂 Ca 3 LuAl 3 B 4 O 15 的系统筛选(CLAB) 样品用于评估单掺杂和双掺杂下转换磷光体，这些磷光体在紫外光激发下表现出调谐发射和光谱纯红色发射，具有高色纯度和增强的热稳定性。开发了能量转移 (ET) 机制的综合动力学模型，并使用广泛的实验数据集进行了验证。应用该模型，我们阐明了通过偶极-偶极相互作用产生光谱纯红色发射的 ET 机制。此外，CL 0.8 AB:0.1Ce 3+ ,0.1Sm 3+在80% 的相对湿度和80°C 的严酷热条件下表现出优异的化学稳定性。有趣的是，当温度从 300 K 增加到 425 K 时，Ce 3+通过 ET产生某些 Sm 3+排放，从而减少了排放。包含 CL 0.8 AB:0.1Ce 3+ ,0.1Sm 3+和 Sr 2 SiO 4 :Eu 2+的 WLED表现出暖白光，具有 89.8–85.7 的高显色指数和等于 4393–4482 K 的低 CCT。这些参数与市售的 YAG:Ce 3+荧光粉与蓝色 LED 芯片相结合（CCT ≈ 7746 K 和 CRI ≈ 75）。
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